|
Световой парус может буксировать зонды к ближайшим звездам
|
|
|
|
Преодоление огромных расстояний между солнечными системами выходит далеко за рамки существующих технологий. Но новый ультратонкий световой парус, разработанный с использованием искусственного интеллекта, может позволить достичь ближайшей звезды за 20 лет.
|
|
|
|
Запущенный в 1977 году зонд "Вояджер-1" стал первым искусственным объектом, покинувшим пределы нашей Солнечной системы. Но при нынешних скоростях полета потребовалось бы более 70 000 лет, чтобы достичь Альфы Центавра, ближайшей к нашей звездной системе.
|
|
|
|
Однако есть одна технология приведения в движение, которая может значительно ускорить процесс. Световой парус - это большая отражающая поверхность, размещенная перед космическим аппаратом, которая может использовать солнечный свет или излучение наземного лазера для постоянного ускорения космического аппарата. Теоретически это могло бы позволить достичь скоростей, составляющих от 10 до 20 процентов скорости света.
|
|
|
|
Однако создание материалов, которые были бы одновременно отражающими и достаточно легкими, чтобы сделать это возможным, было сложной задачей. Теперь исследователи использовали технологию искусственного интеллекта под названием “оптимизация нейронной топологии” для создания листа нитрида кремния нанометровой толщины, который мог бы воплотить идею в жизнь.
|
|
|
|
“Для этой миссии требуются материалы lightsail, которые бросают вызов основам нанотехнологий, требуют инноваций в оптике, материаловедении и конструировании конструкций”, - пишет команда в препринте, опубликованном в arXiv.
|
|
|
“Это исследование подчеркивает потенциал оптимизации нейронной топологии для создания инновационных и экономически выгодных конструкций световых парусов, имеющих решающее значение для освоения космоса следующего поколения”.
|
|
|
|
Методика исследователей была вдохновлена проектом Breakthrough Starshot, запущенным Breakthrough Initiatives в 2016 году. Starshot планирует создать флот из примерно 1000 крошечных космических аппаратов, которые с помощью световых парусов и наземного лазера смогут достичь Альфы Центавра в течение 20-30 лет. Зонды будут оснащены камерами и другими датчиками для отправки данных по прибытии.
|
|
|
|
Чтобы достичь требуемых скоростей, космический аппарат должен быть невероятно легким — сами зонды будут иметь диаметр всего несколько сантиметров и весить несколько граммов. Но чтобы собрать достаточно света, размеры парусов должны составлять примерно 100 квадратных футов, поэтому нам нужны новые сверхлегкие материалы, чтобы снизить их вес.
|
|
|
|
Один из многообещающих подходов заключается в создании оптических наноструктур, называемых “фотонными кристаллами”, состоящих из повторяющейся сетки крошечных отверстий. Нанесение миллионов или миллиардов таких отверстий в материал значительно снижает его вес, но эти повторяющиеся структуры также создают необычные оптические эффекты, которые могут фактически повысить отражательную способность материала.
|
|
|
|
Однако разработка точного способа расположения этих отверстий - сложный процесс, поэтому группа из Делфтского университета в Нидерландах и Университета Брауна в Соединенных Штатах обратилась за помощью к искусственному интеллекту. Они объединили нейронную сеть с более традиционной программой вычислительной физики, чтобы найти наиболее оптимальную конфигурацию и форму отверстий для минимизации массы и повышения отражательной способности.
|
|
|
|
В результате получилась решетка с отверстиями в форме бобов толщиной менее 200 нанометров. Чтобы показать, что дизайн работает так, как ожидалось, они использовали метод, называемый литографией с заливкой, при котором лазер использует невероятно детализированный трафарет для создания отверстий в пластине из нитрида кремния. Используя этот подход, команда создала образец размером 5,5 квадратных дюйма, который весил всего несколько микрограммов.
|
|
|
|
Литография - это та же технология, которую компании используют для изготовления компьютерных чипов, поэтому исследователи считают, что этот подход можно легко расширить. По прогнозам команды, создание полноразмерного паруса займет около дня и обойдется примерно в 2700 долларов. Однако, как рассказал New Scientist руководитель группы Ричард Норте (Richard Norte) из Делфта, им потребуется построить специальное оборудование, поскольку устройства, используемые для изготовления чипов, работают только с пластинами длиной около 15 дюймов.
|
|
|
|
Стефания Сольдини из Ливерпульского университета рассказала New Scientist, что для успешного завершения миссии Breakthrough Starshot еще предстоит решить множество других инженерных задач, но дешевый и быстрый способ изготовления световых парусов будет иметь решающее значение.
|
|
|
|
НАСА также активно развивает этот подход. Буквально на прошлой неделе агентство объявило, что его усовершенствованная композитная система солнечных парусов, запущенная ранее в этом году, близка к тому, чтобы впервые поднять свои паруса.
|
|
|
|
Если эти проекты окажутся успешными, мы, возможно, впервые в жизни увидим миры за пределами нашей Солнечной системы крупным планом.
|
|
|
|
Источник
|
